WO2009056062A1 - Machine de filtration entièrement automatique sans entretien - Google Patents
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Description
无维护全自动过滤机
技术领域
本发明涉及环保技术领域中的污水处理设备， 尤其是涉及一种过滤机， 该过滤 机实现了过滤芯的无限不规则排列， 利用自身压差实现反冲功能， 为过滤机连续工 作创造了前提条件。
说
背景技术
获得清洁的水源已经成为当前制约经济发展和改善人民生活质量的最重要的 因素， 在目前因污染严重和水资源紧缺的条件下， 被污染的水源需要通过处理以便 能继续使用。 目前， 使用具有过滤芯的过滤机， 采用物理方法对使用水源进行过滤 仍然是获得清洁水的主要手段。 为了达到较好的过滤书效果， 现有的过滤机一般采用 多个滤芯串联的方式， 实现多级过滤。 上述滤芯多级串联的方式容易形成每个滤芯 内部压力不均衡， 每个滤芯的做功效率不能保持一致， 因而串联级数有限， 实现不 了大规模的无限排列方式， 达不到工业化生产的规模和效率； 而且对于如何解决过 滤状态下形成的滤芯的堵塞和二次污染， 一般采用设备停机， 对滤芯人工清理或反 冲的方式解决污物的残留和滋生病毒的可能性， 使过滤状态恢复正常。这种反冲方 式是间歇式的， 一般滤芯污染到相当程度以后才进行， 使过滤机的效率大大下降， 而且二次污染的情况不能彻底解决， 滤芯的使用寿命降低。
现有的过滤机在大规模使用时， 解决二次污染方面的成本高昂， 不是一般产业 可以接受的， 更不用说环境治理了。 最为关键的是， 世界各国实现不了大规模的无 限排列方式和全自动一体化的控制， 因而突破不了产业化的瓶径。
目前， 在城市污水处理方面， 采用美国 70年代的 SPR模式物理方法和化学方 法结合的城市污水处理的工艺。 SPR模式采用的核心技术是用沙罐填充过滤介子料， 进行污水过滤， 体积非常大， 造价成本很高， 过滤的精度分布不均匀， 过滤效率低 下。 维护时还得把过滤介子填充料拿出来， 进行清洗后放回去， 维护成本太高。 设
备占地面积比较大， 工程量巨大， 在大城市地皮成本非常高的情况下， 建设成本和 运行成本居高不下， 制约该项技术的使用。 对于超细颗粒， 工艺还得采用化学方法 絮凝后才可以进行过滤造成化学药剂絮凝后的残留物质的二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无维护全自动， 突破现有过滤机滤芯连接方式的滞 障， 实现了滤芯的无限不规则排列； 并能利用自身压差实现反冲功能， 在不影响正 常做功的状态下， 完成自身的反冲功能， 为过滤机连续工作创造了前提条件， 也为 大规模工程精细过滤提供了坚实基础。
本发明提出的一种无维护全自动过滤机，该过滤机由至少两组过滤单元组成， 每组过滤单元包括 1个或多个过滤芯， 过滤芯均置于过滤机的封闭外壳内；
所述封闭外壳的下端设置滤后排料口；
所述过滤机的进水管线设置进水管线分压器， 进水管线分压器分成的支管数 和所述过滤单元的个数相同， 每个支管与对应的过滤单元组的每个过滤芯下端的 内孔相连， 每个支管上均设置电子阀门；
所述的每组过滤单元下方设置尾料排出口， 该尾料排出口与该组过滤单元的 每个过滤芯下端的内孔相连， 该尾料排出口设置电子阀门；
其中， 组成所述过滤单元的过滤芯的侧壁为采用蜂窝状结构， 形成六方体孔 道， 其孔径通道呈波纹状曲线。
所述过滤机外壳上设置有外置加药口和内置加药口。
所述内置加药口上设置内置连接管， 内置连接管通向过滤机外壳外。
所述过滤机外壳上设置有水位仪。
所述进水管线分压器的每个支管连接单排、 双排或多排过滤芯， 并且根据过 滤芯的数量设置一个或多个滤后排料口。
所述过滤机采用多个机组共用一个整体外壳的连体机组形式， 并相应设置多 个进料口和多个滤后出料口，
本发明还提出一种使用具有上述特征的过滤机的造纸污水过滤系统，该系统包括
沉淀池、 串联排列的三级过滤机组、 尾料池和滤后清水池， 污水经过一级过滤机组的 进料口压入一级过滤机组， 经过滤后的水进入二级过滤机组， 经二级过滤机组过滤后 的水最后进入三级过滤机组， 最后从三级过滤机组排出的清水通过滤后清水池收集。
所述沉淀池具有初滤沉淀池和溢流沉淀池， 所述初滤沉淀池上设置微孔过滤网， 污水经过所述微孔过滤网流入所述初滤沉淀池， 再进入所述的溢流沉淀池。 。
所述的一级过滤机组采用 3unT5um孔径的过滤芯 144个， 二级过滤机组采用 lum 孔径的过滤芯 81个， 三级过滤机组采用 0. 2um的过滤芯 81个。
本发明进一步提出一种使用具有上述特征的过滤机的河道污水重力过滤系统， 所述过滤系统采用多个过滤机组，所述过滤机组的进水口设置在挡水坝的上游来水 方向， 滤后清水排出口设置挡水坝的下游来方向； 所述多个过滤机组之间采用并联 形式或串联形式。
所述挡水坝在河道一侧设置溢流通道。
所述过滤系统采用两个并联形式一级过滤机组和二级过滤机组， 所述过滤系统 设置两个进水口， 分别通向两个过滤机组， 一级过滤机组的滤后稀释出水口返回上 流河道的水源地； 二级过滤机组过的清水排入口通下游河道。
所述过滤系统采用两个串联形式一级过滤机组和二级过滤机组， 一级过滤机组 的入水口设置在上游河道，一级过滤机组的滤后稀释出水口和二级过滤机组的入水 口相通， 二级过滤机组的清水出口通向下游河道。
所述一级过滤机组的入水口采用分层取水口。
从以上发明内容可以知道， 本发明的过滤机整体运行的原理是利用了 U型水平 衡的原理， 使每个过滤芯内部的压力均等， 使其每个过滤芯的做功效率保持一致。 使用并连均衡压力， 串联解决规模， 最终实现 2个以上的过滤芯的无限多个排列方 式， 解决工业化生产的规模和效率。 把过滤芯串并联结合为一体， 为规模和效率提 供工作基础。
附图说明
图 1是利用本发明过滤机的一组过滤单元显示本发明过滤机的过滤流程；
图 2是利用本发明过滤机的一组过滤单元显示本发明过滤机的反冲流程; 图 3是本发明过滤机的过滤芯结构示意图；
图 4是本发明过滤机的单行过滤芯组合和双行过滤芯组合示意图； 图 5本发明过滤机的多个过滤芯排列的连接形式示意图；
图 6移动式过滤机的过滤芯的排列方式示意图；
图 7A和图 7B是利用本发明过滤机的造纸厂污水处理系统示意图； 图 8A和图 8B是利用本发明过滤机的河道重力过滤装置示意图。
图中
1过滤单元 17滤孔排列
2过滤芯 18过滤孔
3进水管线分压器 19初滤沉淀池
4电子阀门 20微孔过滤网
5电子阀门 21一级过滤机组
6滤后排料口 22二级过滤机组
7电子阀门 23三级过滤机组
8整体反冲接口 24清水池
9电子阀门 25尾料池
10尾料排出口 26溢流沉淀池
11滤后尾料集合器 27溢流通道
12电子阀门 28河坝
13水位仪 29一级机组
14内置加药口 30二级机组
15外置加药口 31数控操作室
16内置连接管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的过滤机的结构和工作流程作详细说明。
图 1是利用本发明过滤机的一组过滤单元显示本发明的过滤流程。本发明过滤 机由至少两组如图所示的过滤单元组成， 可以并联或串联多组过滤单元， 组成适合 多种需要的过滤机。 过滤单元 1包括 1个或多个过滤芯 2， 本实施例设置每个过滤 单元包括 3个过滤芯， 整个过滤机包括 3组过滤单元。 过滤芯 2均置于过滤机的封 闭外壳内。
过滤机的进水通过进水管线分压器 3， 由电子阀门 4控制。 进水管线分压器 3 进而分成 3个支管， 分别由 3个电子阀门 5控制。 图 1所示的过滤单元 1通过最下 面的一个支管进水， 污水从过滤机下方通过管道进入过滤芯 2的内孔。 此时， 尾料 排出口 10在电子阀门 12的控制下处于关闭状态。在重力或排污泵作用下污水形成 的压力使之按照内进外出和下进上出的方式从过滤芯 2的内， 通过过滤孔过滤， 使 过滤后的清洁水进入过滤单元 1的封闭空间，并从电子阀门 7控制的滤后排料口 6 排出。
过滤机还设置有水位仪 13、 内置加药口 14、 外置加药口 15和内置连接管 16， 在观察过滤单元 1内的水位， 以及在必要时， 分别对过滤芯 2的内外施加必要的药 物时， 不必打开过滤机的外壳， 方便操作。
图 2显示本发明过滤机的反冲流程。 如图所示， 本过滤单元 1的进水支管在电 子阀门 5的控制下关闭， 其他两个支管仍处于打开的状态。 尾料排出口 10在电子 阀门 12的控制下打开， 在过滤芯 2的内腔与外部之间形成压差， 其他过滤单元过 滤后的清水从过滤单元 1的过滤芯 2外部， 反向通过过滤孔， 对残留的污物进行反 冲， 通过尾料排出口 10排出过滤孔收集处理。 对一组过滤单元的过滤芯进行反冲 清污流程时， 其他组的过滤单元并没有停止工作， 整个过滤流程仍在进行。
如过滤机需检修， 可以进行整体彻底反冲， 使过滤状态恢复最初正常的状态。 其流程是采用图 2所示的整体反冲接口 8， 通过电子阀门 9打开整体反冲接口 8， 使加压的反冲清洁水从整体反冲接口 8按虚线箭头方向进入， 完成反冲流程。
本发明过滤机的过滤单元使用的过滤芯采用特殊结构， 为了提高过滤效果， 顺 利实施反冲流程， 过滤芯 2采用如图 3所示的结构。 过滤芯 2的壁为多孔结构， 17 是过滤孔排列的放大示意图， 18 为过滤孔的放大示意图。 过滤孔在侧壁的排列采 用蜂窝状结构， 六方体孔道， 使单位面积的空隙最多， 提高过滤效率； 同时， 过滤 芯的孔径通道呈波纹状曲线， 这种结构有利于改变物质在通道里的通过方向， 减轻 物质通过孔径通道的摩擦力， 更加有利于物质颗粒的通过， 使正方向和反向通过通 道的阻力保持一致， 便于在反冲流程中清洗孔径通道中的残留物。 由于蜂窝状结构 排列， 所以决定了孔径精度的均匀度， 更加有利于均匀分级过滤， 使过滤中值保持 高度的一致， 偏差可以控制在正负一左右。 基本保证了这种过滤芯在方向上一致。 就是用过滤后的液体进行正常的反冲。避免不必要的特殊加入反冲液体， 这是这种 过滤芯的最大特点。 并且在六方体的角度上， 形成了圆弧状， 减少了通过的阻力。 实现效率的最大化， 这是建立全新连接方式的材料基础。此种过滤芯的材质的选择 上是比较宽松， 原因如下， 由于过滤机排列方式的合理性和过滤芯特殊的曲线结构 和均等的蜂窝状排列， 决定了过滤机整体需要的过滤压力大大的降低了， 也就是过 滤效率显著提高了。所以在建造过滤机时所需材料强度上是比较宽松的。可以是不 锈钢， 也可以是水泥的， 更可以是普通钢材的。 这是区别其它过滤机的特别之处， 这个前提为企业降低运行成本和建造成本提供了材料支持。也相应的扩大了应用范 围， 更实际的解决污染治理问题。 过滤孔径精度控制在 200蘭一 0. 05um之间， 达到 了超细膜的精度， 不同于超细膜， 它具有反复冲洗功能， 为本发明的过滤机采用的 连接方式提供了现实依据， 使超细单晶体颗粒的收集和分级成为现实。 在空气过滤 和液体过滤， 油和水的分离方面， 实现单独运用物理方法就能达到过滤目的。
本发明的过滤机具体的特点是采用内进外出， 下进上出， 外压内排， 集合分组 排渣。 利用三组基础结构， 二组正常工作对一组形成自然压差， 实现尾料集合的方 式把正常工作和排渣同步进行的作用机理， 目的是用物理方法取代化学絮凝的方 法， 解决过滤状态下形成的二次污染， 随时反冲解决了污物的残留和滋生病毒的可 能性。 这种反冲是日常的反冲， 所以要结合过滤对象的浓度和悬浮物的含量而定。
本机的过滤芯连接方式是法兰式连接， 增强了抗压能力和做功效率， 为高精度过滤 提供基础条件和前提， 此类过滤机连接方式是实现全自动过滤根本条件和基础。 在 排料口采用了电子三向转向阀门， 在进料口采用电子阀门， 为实现自动化控制提供 基础条件。 在此基础上在法兰上嵌入式的设置有加药口， 利用并串方式， 为每个过 滤芯进行内部高效小范围加药提供基础可能，也为空气过滤提供了反冲和清洗提供 可行方案， 最终使得加药， 排渣， 正常过滤， 同时协调进行。 我们在管线连接上， 采用了拨片和电子传感分压， 使其每个过滤通道的流量和压力大致保持一致和均 等， 为机体整体正常协调工作创造条件。此类过滤机适用于高压和低压一切过滤条 件， 是规模和效率和自动化统一结合。 为了节约运行成本， 我们把过滤芯的内部冲 量控制在最小范围， 我们所采用的过滤芯整体内径为 30mm-80mm-120mm范围内。 过 滤芯孔径精度控制在 200 -0· 05um范围， 但实践检验认为实现工程过滤 0· 2um是 此类过滤机最佳结合点， 因为此类过滤机采用二级缓冲分压， 已经达到了过滤芯最 高的工程要求强度的临界点，精度过高和冲量阻力过大对自动反冲和滤芯强度带来 负面的影响。
图 4、 图 5和图 6是本发明过滤机的过滤芯组合示意图， 显示过滤芯组的排列 方式。其中图 4是单行和双行过滤芯组合的连接形式。图 4左图是单行过滤芯组合， 三组并联， 每组三个滤芯 2， 整个过滤机采用一个进水管线分压器 3和一个滤后排 料口 6。 一般用于家庭小型过滤机上。 图 4右图是双行过滤芯组合， 三组并联， 每 组双行共 12个滤芯 2， 整个过滤机采用 1个进水管线分压器 3和 2个滤后排料口 6。 一般用于中型过滤机上。 图 5 多个过滤芯排列的连接形式， 左边的图表示共 12X12个过滤芯， 使用了 4滤后排料口 6个。 滤芯分别按 4X12个过滤芯为一组， 3 组并联。 右边的图表示可以按照类似的方式组合成任意多个过滤芯的组合， 并相应 增加滤后排料口 6的数量。
图 4和图 5所示的过滤芯排列组合， 都是按照 3个组并联的方式， 也可以根据 需要， 通过为进水管线分压器 3设置更多地支管， 安排 3个以上的组。 随着过滤芯 的增加，可以根据需要适当增加滤后排料口的数量，例如，增加到 6个或 6个以上。
图 6移动式过滤机的过滤芯的排列方式。 3个机组采用连体机组形式， 采用 3 个进料口 3， 5个滤后出料口 6， 该装置体积小效率高， 适合车载使用， 用于户外 应急需要。
图 7和图 8所示为本发明过滤机的应用实施例，其中图 7A和图 7B是利用本发明 过滤机的造纸厂污水处理系统示意图。 如图 7A和图 7B所示， 该系统包括沉淀池、 串 联排列的三级过滤机组 21， 22和 23、 尾料池 25和滤后清水池 24。 沉淀池具有初滤 沉淀池 19和溢流沉淀池 26， 初滤沉淀池 19上设置微孔过滤网 20， 污水经过微孔过 滤网 20流入初滤沉淀池 19， 再进入溢流沉淀池 26。
溢流沉淀池 26中的经过初滤的污水利用污水泵， 经过一级过滤进料口 3压入一 级过滤机组 21， 经过滤后的水进入二级过滤机组 22。经二级过滤机组 22过滤后的水 最后进入三级过滤机组 23， 最后从三级过滤机组 23排出的清水通过滤后清水池 24 收集。
三级过滤机组的尾料管 10将尾料排入尾料池 25收集处理。
本系统所采用三级过滤， 原因在于造纸厂污水里的渣子含量高， 并且含碱性物资 永远悬浮的特点， 一级采用 3unT5Um的孔径的过滤芯进行阻隔过滤， 去除 70/ 100的 碱类渣子， 液体明显退色。 二级采用 lum孔径的过滤芯， 去污量达到总体的 25/100。 液体呈现浅黄色， 已经透明了。 三级采用 0. 2um的过滤芯进行扫尾阻隔过滤， 液体基 本完全澄清略微有浅黄色， 基本实现碱类物质的除污工作。 过虑芯的个数： 一级为 144个过虑芯， 二级为 81个， 三级为 81个。 根据规模大小的不同， 加大过虑芯数量 和冲量值得大小。 B0D和 COD的指标。维持在 0. 5mg/L左右。建议最好采用重力过滤， 这样有利于解决运行成本和长期维护的成本的降低。三级过滤最好配合浓密机和拖泥 斗来清除可以自然沉淀的渣子含量， 以便于完成更好的工程过滤效果， 保证系统长期 的运行。 过滤系统的各项指标稳定。 基本能满足日处理量 5000吨左右。
本系统用物理方法取代化学和物理的混合法， 不会形成二次污染， 运行成本和 投资成本远远低于现行的处理模式，对造纸厂污水的处理精度和效率都大大优于现 行的处理模式。
图 8A和图 8B是利用本发明过滤机的河道重力过滤装置示意图。该装置采用二 级重力过滤， 一侧设置溢流通道 27， 防止汛期河道中水流过大冲击河坝和机组设 施， 保证汛期也能正常过滤。 其中图 8A是并联形式的二级重力过滤， 图 8B是串联 形式的二级重力过滤。
如图 8A所示， 并联形式的二级重力过滤装置设置在河坝 28之间， 主要特点是 设置两个进水口， 污水同时进入一级机组 29和二级机组 30， 进入一级机组 29 的 污水经过过滤后， 通过滤后稀释出水口 6仍返回上流河道的水源地， 其任务是对大 颗粒的污物进行过滤除污， 降低水源地的水样浓度， 起到稀释作用， 减轻二级机组 30的纳污压力。 稀释后的污水进入二级机组 30， 经二级机组 30过滤后， 清水排入 下游河道。 一级机组 29和二级机组 30反冲后的尾料通过尾料排放管 10排入尾料 池。 河岸设有数控操作室 31， 控制机组的运行。 该并联模式适用于污染比较重 浓 度比较高的河道。
如图 8B所示， 串联形式的二级重力过滤装置的污水入口采用分层取水口， 根 据水的污染程度的大小来选择过滤水样， 一级机组 29过滤后的稀释水直接进入二 级机组 30的入水口， 二级机组 30并不直接从上游河道进水。 采用串联形式的前提 条件是河水污染不太重， 并且主要是悬浮物质的污染， 浓度比较低的情况。
并联形式的二级重力过滤， 充分利用河水的重力作用， 一级机组 29和二级机 组 30的过滤效率都高。 串联形式的二级重力过滤， 进入二级机组 30的水重力压力 降低， 影响二级机组 30过滤效果， 但是过滤后的水质更好， 整个装置成本较低。
尾料池的污物经过沉淀后， 上面的污水从新返回水源地进入过滤流程， 下面的 干物质清理运走处理。
Claims
1 . 一种无维护全自动过滤机， 其特征在于， 该过滤机由至少两组过滤单元组 成， 每组过滤单元包括 1个或多个过滤芯， 过滤芯均置于过滤机的封闭外壳内； 所述封闭外壳的下端设置滤后排料口；
所述过滤机的进水管线设置进水管线分压器， 进水管线分压器分成的支管数 和所述过滤单元的个数相同， 每个支管与对应的过滤单元组的每个过滤芯下端的 内孔相连， 每个支管上均设置电子阀门；
所述的每组过滤单元下方设置尾料排出口， 该尾料排出口与该组过滤单元的 每个过滤芯下端的内孔相连， 该尾料排出口设置电子阀门；
其中， 组成所述过滤单元的过滤芯的侧壁为采用蜂窝状结构， 形成六方体孔 道， 其孔径通道呈波纹状曲线。
2. 根据权利要求 1所述的过滤机， 其特征在于， 所述过滤机外壳上设置有外 置加药口和内置加药口。
3. 根据权利要求 2所述的过滤机， 其特征在于， 所述内置加药口上设置内置 连接管， 内置连接管通向过滤机外壳外。
4. 根据权利要求 1所述的过滤机， 其特征在于， 所述过滤机外壳上设置有水 位仪。
5. 根据权利要求 1所述的过滤机， 其特征在于， 所述进水管线分压器的每个 支管连接单排、 双排或多排过滤芯， 并且根据过滤芯的数量设置一个或多个滤后 排料口。
6. 根据权利要求 1或 5所述的过滤机， 其特征在于， 所述过滤机采用多个机 组共用一个整体外壳的连体机组形式，并相应设置多个进料口和多个滤后出料口，
7. 一种使用权利要求 1-6所述的过滤机的造纸污水过滤系统， 其特征在于， 该 系统包括沉淀池、 串联排列的三级过滤机组、 尾料池和滤后清水池， 污水经过一级过 滤机组的进料口压入一级过滤机组， 经过滤后的水进入二级过滤机组， 经二级过滤机
组过滤后的水最后进入三级过滤机组，最后从三级过滤机组排出的清水通过滤后清水 池收集。
8. 根据权利要求 7所述的过滤系统， 其特征在于， 所述沉淀池具有初滤沉淀池 和溢流沉淀池， 所述初滤沉淀池上设置微孔过滤网， 污水经过所述微孔过滤网流入所 述初滤沉淀池， 再进入所述的溢流沉淀池。 。
9. 根据权利要求 7所述的过滤系统， 其特征在于， 一级过滤机组采用 3unT5um 孔径的过滤芯 144个， 二级过滤机组采用 lum孔径的过滤芯 81个， 三级过滤机组采 用 0. 2um的过滤芯 81个。
10. 一种使用权利要求 1-6所述的过滤机的河道污水重力过滤系统， 其特征在 于， 所述过滤系统采用多个过滤机组， 所述过滤机组的进水口设置在挡水坝的上游 来水方向， 滤后清水排出口设置挡水坝的下游来方向； 所述多个过滤机组之间采用 并联形式或串联形式。
11 . 根据权利要求 10所述的过滤系统， 其特征在于， 所述挡水坝在河道一侧 设置溢流通道。
12. 根据权利要求 10所述的过滤系统， 其特征在于， 所述过滤系统采用两个 并联形式一级过滤机组和二级过滤机组， 所述过滤系统设置两个进水口， 分别通向 两个过滤机组， 一级过滤机组的滤后稀释出水口返回上流河道的水源地； 二级过滤 机组过的清水排入口通下游河道。
13. 根据权利要求 10所述的过滤系统， 其特征在于， 所述过滤系统采用两个 串联形式一级过滤机组和二级过滤机组， 一级过滤机组的入水口设置在上游河道， 一级过滤机组的滤后稀释出水口和二级过滤机组的入水口相通，二级过滤机组的清 水出口通向下游河道。
14. 根据权利要求 13所述的过滤系统， 其特征在于， 所述一级过滤机组的入 水口采用分层取水口。
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